技术领域
[0001] 本
发明涉及一种组合式原油电脱盐/脱水装置及工艺，更具体的说涉及一种采用交直流和脉冲电源的组合式原油动态电脱盐/脱水装置及工艺流程。
背景技术
[0002] 随着原油资源不断变重以及二、三次采油技术的发展，采油过程中需要添加许多含有表面活性的助剂，造成油水严重乳化，难以分离。原油含水增加了储运成本，造成储罐、输油管线等
腐蚀加速。同时，随着市场对轻质组分的需要不断增加，炼厂大量采用二次或多次加工艺，对原油脱盐/脱水提出了要求，深度脱盐脱水将成为原油预处理技术的发展趋势。
[0003] 在工业化的原油预处理技术中，电化学法亦然是发展的主流。电化学法主要依靠高压静电聚结和破乳剂的共同作用实现油水分离。根据高压静电聚结的
电场形式不同，主要分为交流电脱盐、直流电脱盐、交-直流电脱盐和脉冲电脱盐等，但是，由于原油组成越来越复杂，油水乳化液的
稳定性也越来越高，采用单一的电场形式或较少的脱盐级数往往难以达到时深度脱盐/脱水的目的。中国
专利ZL02259725.5 公开了一种电脱盐试验装置，能够实现连续进料，但其电脱盐罐结构和工艺流程与工业电脱盐装置有很大的差别，不能完全模拟工业电脱盐过程。专利CN102086405A公开了一种原油电脱盐动态试验模拟系统装置，其中包含了一台三层平板
电极的交直流电脱盐罐和一台四层水平极板的高速电脱盐罐，可以进行不同电场形式的电脱盐试验；但是，该发明交直流电脱盐罐极板形式为三级水平电极板，而工业交直流电脱盐罐的电极形式为效果更好的垂直吊挂电极；此外，该发明脱盐罐级数较少，但油水混合只使用了静态混合器，混合强度不可调，故其工艺流程变化少，难以较好地模拟工业电脱盐装置及工艺流程。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对
现有技术存在不足，提出一种组合式原油动态电脱盐/脱水装置及工艺，可以较好地模拟工业电脱盐过程。适用于从
轻质原油到重质原油、从一级到四级原油电脱盐/脱水过程的流程选择、助剂筛选和工艺条件优化。
[0005] 本发明实现上述目的所采用的技术方案是：一种组合式原油动态电脱盐/脱水装置及工艺，由原料罐、原料
泵、注水罐、注水泵、预热炉、三通换向
阀、静态混合器、混合阀、脱盐/脱水罐、
变压器、背压阀及其它阀
门和管线组成，所述的脱盐/脱水罐共四台，分为并联的两路，一路为两台
串联的脉冲电脱盐/脱水罐，另一路为两台串联的交直流电脱盐/脱水罐，同时，任意一台脱盐/脱水罐的原料出口均可通过管线和阀门与其它脱盐/脱水罐的原料入口相连，共形成从一级到四级共十种不同电场形式的脱盐/脱水工艺流程组合模式。
[0006] 所述的四个脱盐/脱水罐均带有独立的变压器、注水系统和混合系统，每个电脱盐/脱水罐的注水量、破乳剂和脱金属剂用量、注水
温度、混合强度、电场参数均可能实现独立连续可调,有利于破乳剂、脱金属剂等助剂的筛选、电场形式的选择和工艺条件的优化。
[0007] 所述的十种不同电场形式的工艺流程组合模式按电场形式和脱盐/脱水级数分为：脉冲、交直流、脉冲-脉冲、交直流-交直流、脉冲-交直流、交直流-脉冲、脉冲-脉冲-交直流、交直流-交直流-脉冲、脉冲-脉冲-交直流-交直流和交直流-交直流-脉冲-脉冲。此10种工艺组合模式可以满足从轻质原油到重劣质原油（0.800～0.970g/cm3）的脱盐/脱水，能够实现不同原油的脱盐/脱水流程、脱盐/脱水罐级数和电场形式的灵活选择。
[0008] 所述的脉冲脱盐/脱水罐内设置了三层水平电极板，中间电极板接电，上、层电极板接地，这种形式的电极板有利于发挥
脉冲电场的作用，使电场作用稳定，更适用于重劣质原油的脱盐/脱水。
[0009] 所述的交直流脱盐/脱水罐内设置了正、负极相间的垂直吊挂电极板，分别与交直流变压器的正、负极相连，有利于发挥交直流电场的作用，强化交直流电场的破乳能
力，提高电场的稳定性，减少交直流变压器因运行
电流过大而造成的跨电场现象。
[0010] 更进一步，所述的每个脱盐/脱水罐的注水系统均由注水罐、注水泵和相应的阀门管线组成。
[0011] 更进一步，所述的每台脱盐/脱水罐的混合系统均由一个静态混合器和一个混合阀串联组成。
[0012] 更进一步，所述的组合式原油动态电脱盐/脱水装置的工艺是将原料罐中原油预热到具有较好的流动状态，通过原料泵计量后输送至预热炉中加热到
指定的试验温度，然后通过切换三通换向阀与来自注水罐及注水泵的洗涤水按比例经静态混合器和混合阀混合后，进入一级交直流脱盐/脱水罐；或与来自注水罐及注水泵的洗涤水按比例经静态混合器(M3)和混合阀混合后，进入一级脉冲脱盐/脱水罐中，分离出的水排出罐外；分离出的油相经
球阀排出罐外或通过切换三通球阀和
开关两通球阀和开关两通球阀进入二级脉冲脱盐/脱水罐和二级交直流电脱盐/脱水罐，形成从一级到四级多种不同电场参数和级数的工艺流程的组合模式。
[0013] 更进一步，所述的电场参数是指交直流电脱盐/脱水罐对应的变压器的
输出电压和输出电流，脉冲电脱盐/脱水罐对应的变压器的输出电压、输出电流、占空比和脉冲
频率。
[0014] 更进一步，所述的按电场形式和脱盐/脱水级数组合模式为：脉冲、交直流、脉冲-脉冲、交直流-交直流、脉冲-交直流、交直流-脉冲、脉冲-脉冲-交直流、交直流-交直流-脉冲、脉冲-脉冲-交直流-交直流和交直流-交直流-脉冲-脉冲。
[0015] 为了简化工艺流程，本发明未设置专门的破乳剂和脱金属剂等助剂的加注系统，并不限制本发明的
权利要求和使用领域，也不能成为回避本发明的理由。如果采用油溶性助剂，可将其按比例加入到原料罐中并搅拌均匀；如果采用
水溶性助剂，可将其按比例加入到各注水罐中并搅拌均匀。
[0016] 本发明所述的组合式原油动态电脱盐/脱水装置对原油的适应性强，过程所涉及的工艺参数均连续可调，可以较好地模拟工业电脱盐过程。适用于从轻质原油到重质原油、从一级到四级原油电脱盐/脱水过程的流程选择、助剂筛选和工艺条件优化。
附图说明
[0017] 图1是本发明的设备和工艺流程示意图。
[0018] 图中：V1，原料罐；V2～V5，注水罐；P1，原料泵；P2～P5，注水泵；H1，预热炉； M1～M4，静态混合器；D1～D4，混合阀；V6～V9，脱盐/脱水罐；T-1～T-2，交直流变压器；T-3～T-4，脉冲变压器； S1，三通换向阀； S2～S13，两通球阀； S14，背压阀； C1～C4，
采样阀； W1～W4，切水阀。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述。应该指出：此处所描述的具体
实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020] 参见图1，本发明所述的组合式原油动态电脱盐/脱水装置由原料罐V1、原料泵P1、预热炉H1、注水罐V2～V5、注水泵P2～P5、预热炉H1、静态混合器M1～M4、混合阀D1～D4、脱盐/脱水罐V6～V9、交直流变压器T-1～T-2、脉冲变压器T-3～T-4、静态混合器M1～M4、混合阀D1～D4、三通换向阀S1、两通球阀S2～S13、背压阀S14、采样阀C1～C4、切水阀W1～W4及相应的管线组成。
[0021] 所述的装置共设有四台脱盐/脱水罐，分为并联的两路，一路为两台串联的脉冲电脱盐/脱水罐V6和V7，另一路为两台串联的交直流电脱盐/脱水罐V8和V9，任意一台脱盐/脱水罐的原料出口既可通过管线和阀门与其它脱盐/脱水罐的原料入口相连，也可以与背压阀（S14）相连独立的进行脱盐/脱水，共形成从一级到四级十种不同电场形式的脱盐/脱水工艺流程组合模式。
[0022] 所述的四个脱盐/脱水罐均带有独立的变压器、注水系统和混合系统，每个电脱盐/脱水罐的注水量、破乳剂和脱金属剂用量、注水温度、混合强度、电场参数均可能实现独立连续可调,有利于破乳剂、脱金属剂等助剂的筛选、电场形式的选择和工艺条件的优化。
[0023] 所述的多种不同电场形式的工艺流程组合模式按电场形式和脱盐/脱水级数分为：脉冲、交直流、脉冲-脉冲、交直流-交直流、脉冲-交直流、交直流-脉冲、脉冲-脉冲-交直流、交直流-交直流-脉冲、脉冲-脉冲-交直流-交直流和交直流-交直流-脉冲-脉冲。此十种工艺组合模式可以满足从轻质原油到重劣质原油（0.800～0.970g/cm3）的脱盐/脱水，能够实现不同原油的脱盐/脱水流程、脱盐/脱水罐级数和电场形式的灵活选择。
[0024] 所述的脉冲脱盐/脱水罐内设置了三层水平电极板，中间电极板接电，上、层电极板接地，这种形式的电极板有利于发挥脉冲电场的作用，使电场作用稳定，更适用于重劣质原油的脱盐/脱水。
[0025] 所述的交直流脱盐/脱水罐内设置了正、负极相间的垂直吊挂电极板，分别与交直流变压器的正、负极相连，有利于发挥交直流电场的作用，强化交直流电场的破乳能力，提高电场的稳定性，减少交直流变压器因运行电流过大而造成的跨电场现象。
[0026] 所述的每台脱盐/脱水罐的混合系统由一个静态混合器和一个混合阀串联组成。
[0027] 所述的电场参数是指交直流电脱盐/脱水罐对应的变压器的输出电压和输出电流，脉冲电脱盐/脱水罐对应的变压器的输出电压、输出电流、占空比和脉冲频率。
[0028] 本发明所述的组合式原油动态电脱盐/脱水工艺流程如下：原油在原料罐V1中预热到具有较好的流动状态，通过原料泵P1准确计量后，输送至预热炉H1中加热到指定的试验温度，然后通过切换三通换向阀S1的方向，与来自注水罐V2及注水泵P2的洗涤水按比例经静态混合器M1和混合阀D1混合后，进入一级交直流脱盐/脱水罐V8；或与来自注水罐V4及注水泵P4的洗涤水按比例经静态混合器M3和混合阀D3混合后，进入一级脉冲脱盐/脱水罐V6中，在相应的电场和破乳剂的作用下进行乳化液的破乳及油水分离；分离出的水相向脱盐/脱水罐V8或V6的底部运动，经由切水阀W1或W3排出罐外；分离出的油相向脱盐/脱水罐的上部运动，经球阀S5或S4排出罐外。如果要对原油进行不同电场形式的多级脱盐/脱水试验，可通过切换三通球阀S1和开关两通球阀S2～S13来实现，具体操作方式可以按照下文所述的十种流程切换模式进行工艺流程选择，其注水和混合方式与一级脱盐/脱水过程相同。各脱盐/脱水罐试验所需的电场强度通过调整变压器T-1～T-4的输出来实现。对于交直流变压器可以调度输出电压和输出电流，输出电压越高，电场强度越高，输出电流越小。对于脉冲变压器，可以连续的调整输出电压、输出电流、占空比和脉冲频率；输出电压越高，电场强度越高，输出电流越小；占空比越大，输出电流越大；脉冲频率越高，输出电流越大。混合强度通过调节混合阀D1～D4的开度来实现，阀门开度越大，混合强度越低。脱盐/脱水罐的压力通过调整背压阀S14的开度来实现，背压阀S14的开试越大，系统的操作压力越低，反之则越高。如果需要对各级脱后原油进行采样分析，可以通过该脱盐/脱水罐顶部的采样阀C1～C4进行在线采样。如果试验过程中需要加入破乳剂或脱金属剂等助剂，油溶性助剂按比例加入到原料罐V1中并搅拌均匀，水溶性助剂按比例加入到各脱盐/脱水罐所对应注水罐中并搅拌均匀。
[0029] 为了实现所述的不同电场形式和级数的十种工艺流程的组合方式，本发明所述的装置和工艺流程的具体操作方法如下。
[0030] 对于一级电脱盐/脱水流程，共有二种选择模式：交直流电脱盐三通球阀S1切换到交直流电脱盐一路；打开两通球阀S5、S6、S8及S10，关闭混合阀D2和其余的两通球阀，油水混合物进入电脱盐/脱水罐V8；或打开两通球阀S2、S6、S9及S10，关闭混合阀D1和其余的两通球阀，油水混合物进脱水/电脱盐罐V9。
[0031] 脉冲电脱盐三通球阀S1切换到脉冲电脱盐一路；打开两通球阀S4、S7、S11及S13，关闭混合阀D4和其余的两通球阀，油水混合物进电脱盐/脱水罐V6；或打开两通球阀S3、S7、S12及S13，关闭混合阀D3和其余的两通球阀，油水混合物进电脱盐/脱水罐V7。
[0032] 对于二级电脱盐/脱水流程，共有四种选择模式：交直流-交直流电脱盐三通球阀S1切换到交直流电脱盐一路，打开两通球阀S5、S9及S10，其余两通球阀全部关闭，油水混合物依次进入脱盐/脱水罐V8和V9，实现两级交直流串联脱盐/脱水。
[0033] 脉冲-脉冲电脱盐三通球阀S1切换到脉冲电脱盐一路，开两通球阀S4、S12及S13，其余两通球阀全部关闭，油水混合物依次进入脱盐/脱水罐V6和V7，实现两级脉冲串联脱盐/脱水。
[0034] 交直流-脉冲电脱盐三通球阀S1切换到交直流电脱盐一路，开两通球阀S6、S7、S12及S13，其它两通球阀全部关闭，油水混合物依次进入脱盐/脱水罐V8和V7，实现交直流-脉冲两级串联脱盐/脱水。
[0035] 脉冲-交直流电脱盐三通球阀S1切换到脉冲电脱盐一路，开两通球阀S7、S6、S9及S10，其余两通球阀全部关闭，油水混合物依次进入脱盐/脱水罐V6和V9，实现脉冲-交直流两级串联脱盐/脱水。
[0036] 对于三级电脱盐/脱水流程，共有二种选择模式：交直流-交直流-脉冲电脱盐三通球阀S1切换到交直流电脱盐一路，打开两通球阀S5、S9、S8、S7、S12及S13，其余两通球阀全部关闭，油水混合物依次进入脱盐/脱水罐V8、V9和V7，实现交直流-交直流-脉冲三级串联脱盐/脱水。
[0037] 脉冲-脉冲-交直流电脱盐三通球阀S1切换到脉冲电脱盐一路，打开两通球阀S4、S12、S11、S6、S9及S10，其余两通球阀全部关闭，油水混合物依次进入脱盐/脱水罐V6、V7和V9，实现脉冲-脉冲-交直流三级串联脱盐/脱水。
[0038] 四级电脱盐/脱水流程，共有2种选择模式：交直流-交直流-脉冲-脉冲电脱盐三通球阀S1切换到交直流电脱盐一路，开两通球阀S5、S9、S8、S3、S4、S12及S13，其余两通球阀全部关闭，油水混合物依次进入脱盐/脱水罐V8、V9、V6和V7，实现脉冲-脉冲-交直流-交直流四级串联脱盐/脱水。
[0039] 脉冲-脉冲-交直流-交直流电脱盐三通球阀S1切换到脉冲电脱盐一路，开两通球阀S4、S12、S11、S2、S5、S9及S10，其余两通球阀全部关闭，油水混合物依次进入脱盐/脱水罐V6、V7、V8和V9，实现脉冲-脉冲-交直流-交直流四级串联脱盐/脱水。
[0040] 试验结果表明：采用本发明所述的组合式原油动态电脱盐/脱水装置，可以稳定地开展
密度0.800～0.970g/cm3，酸值0～15mgKOH/g,
钙含量0～2000μg/g的各种原油的脱盐/脱水试验，满足不同原油的电脱盐/脱水工艺研究和助剂筛选工作。
[0041] 本实施例所述脱盐/脱水罐结构、混合形式、变压器形式均与工业电脱盐装置相同，工艺流程可以任意组合，适用于从轻质原油到重质原油、从一级到四级原油电脱盐/脱水过程的工艺流程选择、助剂筛选和工艺条件优化。该发明的所涉及的原料流量、温度、压力、混合强度和电场强度等工艺参数均可独立、连续地调节，电场及脱盐罐的组合形式多样，流程设置灵活，装置运行稳定，可以完全模拟工业电脱盐装置及工艺流程。
[0042] 在上述实施例的
基础上，通过变换变压器形式，如交流变压器、直流变压器和智能调压变压器等，可以实现对本发明所述的脱盐/脱水罐中电场形式的改变。应当指出：这种改变在本发明的保护范围之内。
